超純水技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)(1128).doc

1、電子產(chǎn)業(yè)超純水技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)一. 前言隨著現(xiàn)代社會(huì)進(jìn)入以電子尤其是微電子技術(shù)為核心的時(shí)代，電子產(chǎn)業(yè)已成為現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家科技水平、工業(yè)水平和綜合國(guó)力。我國(guó)是電子產(chǎn)品消費(fèi)大國(guó)，為了加快電子產(chǎn)業(yè)建設(shè)的進(jìn)程，我國(guó)各級(jí)政府都把電子產(chǎn)業(yè)作為重點(diǎn)支持、大力扶持的行業(yè)，制訂并頒布了許多特殊優(yōu)惠政策，簡(jiǎn)化審批手續(xù)，減稅讓利，旨在為中國(guó)境內(nèi)的電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造優(yōu)良的環(huán)境。在國(guó)家一系列政策的激勵(lì)下，國(guó)內(nèi)電子產(chǎn)業(yè)掀起了一輪前所未有的熱潮，我國(guó)電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展加快了步伐，一大批具有世界先進(jìn)水平的電子工廠紛紛落戶國(guó)內(nèi)。在電子工業(yè)的生產(chǎn)工藝中，相當(dāng)多的工序要進(jìn)行化學(xué)處理，而電子產(chǎn)品的清洗和化學(xué)

2、藥劑的制備都直接或間接地要利用到純水或超純水。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，尤其是以超大規(guī)模集成電路為代表的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)純水的水質(zhì)提出了更高的要求，表1所列為美國(guó)材料測(cè)試協(xié)會(huì)（astm）根據(jù)半導(dǎo)體特性而制定的超純水水質(zhì)要求。表1 電子級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（astm d5127）參 數(shù)type e-1type e-11type e-12type e-2type e-3type e-4線寬m1.0-1.50.5-0.250.25-0.185.0-1.05.0/電阻率m.cm(25)18.218.218.217.5120.5內(nèi)毒素單位(eu/ml)0.030.030.030.25/總有機(jī)碳(g/l)521503

3、001000溶解氧(g/l)111/蒸發(fā)殘?jiān)?g/l)10.50.1/電鏡測(cè)試顆粒0.10.2m10001000200/0.20.55005001003000/0.5150501/10000/10/100000在線檢測(cè)儀器測(cè)試顆粒/l0.050.1m500500100/0.10.230030050/0.20.3505020/0.30.5202010/0.5441/細(xì)菌個(gè)/100ml111/個(gè)/1l110.11010000100000全硅(g/l)10.50.510501000溶解性硅(g/l)10.10.05/離子和金屬(g/l)銨（nh4）+0.10.10.05/溴（br）-0.10.050

4、.02/氯（cl）-0.10.050.021101000氟（f）-0.10.050.03/硝酸根（no3）-0.10.050.0215100亞硝酸根（no2）-0.10.050.02/磷酸根（po4）3-0.10.050.0215500硫酸根（so4）2-0.10.050.0215500鋁 (al)3+0.050.020.005/鋇 (ba)2+0.050.020.001/硼 (b)3+0.050.020.005/鈣 (ca)2+0.050.020.002/鉻 (cr)6+0.050.020.002/銅 (cu)2+0.050.020.00212500鐵 (fe)3+0.050.020.002

5、/鉛 (pb)2+0.050.030.005/從以上標(biāo)準(zhǔn)可以看到，目前代表純水最高制水要求的超純水的電阻率已接近理論上的臨界值，而其它雜質(zhì)尤其是微小顆粒及細(xì)菌的檢測(cè)也接近目前所能檢測(cè)的極限，而超純水中的離子含量，從原水中的數(shù)十個(gè)ppm降低至1個(gè)ppb以下的要求，就等于要把離子濃度降為原來(lái)的十萬(wàn)分之一，能否制備出合乎要求的超純水以及能否檢測(cè)出超純水中的超微量雜質(zhì)，已成為提高集成電路產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，超純水制備已成為當(dāng)今發(fā)展超大規(guī)模集成電路的十分重要的基礎(chǔ)技術(shù)。但是必須看到由于集成電路加工生產(chǎn)工藝復(fù)雜，加工精度高，大多數(shù)工序都要使用超純水進(jìn)行清洗，不僅對(duì)水質(zhì)要求較高，同時(shí)水資源消耗量也較高。對(duì)一個(gè)達(dá)

6、到30k片/月量產(chǎn)規(guī)模的12英寸生產(chǎn)線來(lái)說(shuō)，若清洗設(shè)備排水回收率以65%計(jì)，其每天用于超純水制造的原水（自來(lái)水）就需要3277 m3/天。如果不考慮使用后的純水的回用，其耗水量可達(dá)到8082 m3/天，可見(jiàn)集成電路芯片制造耗水量是相當(dāng)驚人的。因此在該類(lèi)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作中，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程水耗的全面分析，確定合理的用水指標(biāo)，用于指導(dǎo)建設(shè)單位和設(shè)計(jì)部門(mén)不斷采取措施改進(jìn)設(shè)計(jì)，采用先進(jìn)的工藝技術(shù)與設(shè)備，提高供水水質(zhì)，提高資源利用效率，對(duì)于保障生產(chǎn)，節(jié)約用水以及保護(hù)環(huán)境都有著重大意義。二. 超純水制備簡(jiǎn)介純水的制備始于二十世紀(jì)四十年代，伴隨著離子交換樹(shù)脂的商業(yè)化生產(chǎn)而發(fā)展起來(lái)。傳統(tǒng)的純水以電導(dǎo)率為表征，主要

7、關(guān)注于去除水中的電解質(zhì)。超純水的概念是伴隨著半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)，超大規(guī)模集成電路的發(fā)展導(dǎo)致了對(duì)超凈技術(shù)的強(qiáng)烈需求，帶動(dòng)了潔凈室、超純水以及超純氣體等生產(chǎn)支持系統(tǒng)的迅速發(fā)展。與傳統(tǒng)的純水相比，超純水不僅關(guān)注去除水中的溶解電解質(zhì)，還關(guān)注于去除水中的有機(jī)物、溶解氧、細(xì)菌以及微小顆粒等雜質(zhì)。隨著半導(dǎo)體元器件的集成度的不斷提升，生產(chǎn)的工藝步驟越來(lái)越多，元件被重復(fù)清洗，對(duì)作為清洗介質(zhì)的超純水的要求越來(lái)越高，如果超純水品質(zhì)達(dá)不到要求，其本身對(duì)器件就是一種污染，更談不上清洗。作為制造超純水的原水通常含有電解質(zhì)、有機(jī)物、懸浮物、微生物以及溶解性氣體等雜質(zhì)，任何一種單一的處理手段都難以將所有的污染物全部去

8、除，為了有效去除各種雜質(zhì)，需要各種處理手段的綜合運(yùn)用。從習(xí)慣上我們把超純水系統(tǒng)分為三部分：預(yù)處理、初級(jí)處理和拋光精制部分。預(yù)處理系統(tǒng)通常由過(guò)濾、殺菌和防氧化工藝組成，常用的預(yù)處理手段包括氯消毒、絮凝/助凝、澄清、過(guò)濾、脫氯、加酸或阻垢劑等。預(yù)處理方案的確定主要取決于原水水質(zhì)和后續(xù)處理工藝的進(jìn)水要求，進(jìn)行全面而準(zhǔn)確的原水全分析，合理設(shè)計(jì)預(yù)處理系統(tǒng)對(duì)保證系統(tǒng)的高效運(yùn)行具有十分重要的意義。初步處理系統(tǒng)是超純水系統(tǒng)中最重要的系統(tǒng)，同時(shí)也是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)所在。通過(guò)初步處理系統(tǒng)，原水中的電解質(zhì)、微生物、顆粒物、溶解性氣體和有機(jī)物濃度都大大降低，同時(shí)電阻率大大提高。常用的初級(jí)處理手段包括反滲透、離子交換器、膜脫

9、氣、紫外設(shè)備（254nm uv和185nm uv）等。初級(jí)處理系統(tǒng)通常分為兩類(lèi)：1） ro+ix型：該系統(tǒng)中ro單元設(shè)置于離子交換床前，投資較省，占地面積較小，維護(hù)管理簡(jiǎn)單，濃縮廢水可直接排放，但對(duì)預(yù)處理要求高，原水利用效率低，運(yùn)行費(fèi)用高，通常適用于小型系統(tǒng)。2） ix+ro型：該系統(tǒng)中ro單元設(shè)置于離子交換床后，投資較高，占地面積較大，維護(hù)管理復(fù)雜，需要專(zhuān)人操作，再生廢水需要處理，但是該系統(tǒng)對(duì)預(yù)處理要求相對(duì)較低，原水利用率較高，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較省，廣泛應(yīng)用于大型系統(tǒng)。通過(guò)初級(jí)處理系統(tǒng)處理后制成的初級(jí)純水電阻率通常達(dá)到15m.cm，toc、顆粒物以及溶解氧等含量也大大降低，但其水質(zhì)仍舊需要進(jìn)入精制處

10、理工序進(jìn)一步提高以滿足集成電路生產(chǎn)所需。超純水處理系統(tǒng)的精制處理部分大多相似，只是處理精度略有差異。精制處理部分通常包括toc uv、拋光混床、膜脫氣以及超濾裝置。通過(guò)拋光精制的初級(jí)純水雜質(zhì)含量進(jìn)一步降低，由管路輸送系統(tǒng)輸送至各用水點(diǎn)。三. 超純水制備技術(shù)現(xiàn)狀最近幾年超大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)有了快速發(fā)展，在高端產(chǎn)品上，芯片尺寸正從200mm向300mm轉(zhuǎn)變，作為集成電路生產(chǎn)技術(shù)先進(jìn)性標(biāo)志的芯片特征尺寸已從0.15m、0.13m快速提高到目前的0.045m，其發(fā)展速度已超過(guò)最初的預(yù)計(jì)。半導(dǎo)體生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)超純水的水質(zhì)提出了更高的要求，超純水中所含雜質(zhì)的允許含量越來(lái)越低，同時(shí)需要控制的雜質(zhì)種類(lèi)也

11、越來(lái)越多。當(dāng)前很多雜質(zhì)的含量已低于分析設(shè)備的分析下限，因此進(jìn)一步提高水質(zhì)要求必然要依靠?jī)煞矫娴耐黄疲?）進(jìn)一步降低雜質(zhì)含量；2）進(jìn)一步提高雜質(zhì)的分析技術(shù)水平。1. 隨著半導(dǎo)體生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)設(shè)備也在不斷改進(jìn)和完善，對(duì)超純水用水量及水質(zhì)的需求也在不斷調(diào)整。以芯片生產(chǎn)技術(shù)為例，目前主流的200mm的芯片廠由于已有大量的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，與之配套的超純水系統(tǒng)的容量及水質(zhì)要求的確認(rèn)已基本完善和成熟。但是300mm芯片廠的實(shí)際運(yùn)行資料和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)還在不斷積累和總結(jié)之中。一方面，由于芯片集成度的提高，工藝生產(chǎn)步驟增多，導(dǎo)致清洗次數(shù)增加，對(duì)水質(zhì)的要求提高，清洗廢水中雜質(zhì)的種類(lèi)增多，回收利用的難度加大

12、；另一方面，生產(chǎn)技術(shù)也在不斷完善的過(guò)程中。傳統(tǒng)的濕法工藝、單片的芯片清洗設(shè)備以及間歇式生產(chǎn)設(shè)備均有可能得到巨大的改進(jìn)，干法刻蝕的改進(jìn)和運(yùn)用都會(huì)降低超純水的消耗量，而新的生產(chǎn)技術(shù)如激光/超臨界co2/超低溫清洗技術(shù)的發(fā)展都對(duì)超純水用量帶來(lái)或大或小的影響，生產(chǎn)技術(shù)的不確定性對(duì)超純水系統(tǒng)容量的確定帶來(lái)了一定的困難。但是不管生產(chǎn)技術(shù)如何變化，超純水系統(tǒng)必須隨時(shí)要滿足生產(chǎn)的需要。為滿足新的芯片生產(chǎn)工藝技術(shù)的出現(xiàn)所帶來(lái)的變化，超純水系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)是一個(gè)必然的趨勢(shì)。2. 環(huán)境的關(guān)注和水資源的短缺對(duì)超純水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了更高的要求。芯片廠是和發(fā)電廠、制藥廠一樣的用水大戶，同時(shí)芯片廠使用大量的化學(xué)品，必然會(huì)帶來(lái)

13、廢物排放的問(wèn)題，隨著人們對(duì)工業(yè)的發(fā)展所帶來(lái)污染的影響的越發(fā)重視，超純水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)如何節(jié)水和如何減少污染物排放是當(dāng)今超純水系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建設(shè)所必須要面對(duì)的問(wèn)題。如何減少化學(xué)品的使用和如何提高水的利用率是系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須要解決的問(wèn)題。未來(lái)的超純水系統(tǒng)肯定是化學(xué)品使用盡可能少，系統(tǒng)回收率盡可能高的系統(tǒng)，回收水技術(shù)的發(fā)展顯得越來(lái)越重要。3. 半導(dǎo)體投資非常大，而且要求每一個(gè)投資都要達(dá)到一個(gè)經(jīng)濟(jì)規(guī)模。所以它的產(chǎn)能的增加表現(xiàn)出一個(gè)階躍式提高的特點(diǎn)，而市場(chǎng)的需求通常是一個(gè)漸進(jìn)式的增加，導(dǎo)致半導(dǎo)體行業(yè)呈現(xiàn)出每隔四、五年出現(xiàn)一個(gè)景氣循環(huán)的特點(diǎn)。建設(shè)單位通常在不景氣的階段投資建廠以求趕上景氣旺季，使得芯片廠的建設(shè)周期越來(lái)

14、越短，要求包括超純水系統(tǒng)在內(nèi)的其動(dòng)力系統(tǒng)的建設(shè)周期也越來(lái)越短，為了與該發(fā)展趨勢(shì)相適應(yīng)，專(zhuān)業(yè)工程公司將更多的水處理設(shè)備改在工廠預(yù)制，使得現(xiàn)場(chǎng)安裝的工作量更少，同時(shí)由于專(zhuān)業(yè)工廠良好的生產(chǎn)環(huán)境，技術(shù)熟練的專(zhuān)業(yè)工人使得產(chǎn)品制造、檢測(cè)和質(zhì)量控制都在受控的條件下進(jìn)行，不僅減少了安裝時(shí)間，也提高了工程安裝質(zhì)量。四. 超純水制備技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)1. 超純水水質(zhì)要求更嚴(yán)格，部分雜質(zhì)的控制受到特別的關(guān)注1） toc的控制芯片生產(chǎn)對(duì)toc濃度有很高要求，根據(jù)調(diào)查，在集成電路生產(chǎn)過(guò)程中近95%的污染問(wèn)題是由toc所引起，toc的濃度直接關(guān)系到芯片生產(chǎn)的良率和超純水中系統(tǒng)細(xì)菌的滋生。目前高端的超純水系統(tǒng)對(duì)toc的控制通常都

15、在1ppb，一些工廠甚至達(dá)到0.5ppb。隨著芯片制造技術(shù)的發(fā)展，對(duì)超純水中toc的控制會(huì)越來(lái)越嚴(yán)格，降低超純水中的toc含量是對(duì)超純水制造技術(shù)的一個(gè)挑戰(zhàn)。事實(shí)上，toc是一個(gè)很寬泛的概念，它包括水中所有有機(jī)碳，因此其組成是非常的復(fù)雜。超純水中的toc來(lái)源也很復(fù)雜，它既有來(lái)自原水的天然的有機(jī)碳，也有在制水過(guò)程中生成的含碳有機(jī)化合物；既有因水回收利用帶入的生產(chǎn)過(guò)程中的所使用有機(jī)化學(xué)試劑，也有制水設(shè)備材質(zhì)本身浸出所帶來(lái)的污染。通常天然的有機(jī)物都因?yàn)榫哂须x子化基團(tuán)而容易被陰離子交換樹(shù)脂有效去除，而部分人工合成的有機(jī)化合物因?yàn)椴荒茈x子化而難以被離子交換樹(shù)脂和反滲透單元去除。toc的去除應(yīng)有綜合的技術(shù)手

16、段。例如，作為自來(lái)水投氯消毒的副產(chǎn)物三氯甲烷在toc的測(cè)試過(guò)程中無(wú)法檢出， 因其是小分子有機(jī)化合物，反滲透單元無(wú)法去除，由于其自身的分子結(jié)構(gòu)，toc uv無(wú)法將其分解；無(wú)離子化基團(tuán)，離子交換樹(shù)脂也無(wú)法去除，但是通過(guò)活性炭過(guò)濾器和脫氣裝置卻可以將其有效去除。反過(guò)來(lái)，三溴甲烷卻可以被toc uv有效分解并被離子交換樹(shù)脂有效去除。因此為了滿足未來(lái)超純水系統(tǒng)對(duì)toc的控制要求，有必要對(duì)多元化的水源進(jìn)行全面而詳細(xì)的分析，了解水源中有機(jī)物組成及特性，選擇合適的技術(shù)組合予以去除。2） 硼的控制硼通常作為芯片生產(chǎn)的摻雜物，但是如果超純水中硼含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致芯片內(nèi)部過(guò)多的雜質(zhì)使芯片良率降低。硼在原水中的含量通常比

17、較低，原水中硼的含量也隨季節(jié)的變化而變化。在傳統(tǒng)的超純水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)硼的關(guān)注也不如同為弱酸鹽的硅和二氧化碳。但是隨著芯片集程度的提高，硼的影響也越來(lái)越受到重視。在采用ro+ix的超純水系統(tǒng)中，ro單元在ph中性條件對(duì)硼的去除率約為3550%，剩余部分為在水中未離解的硼和非常小的硼酸鹽分子。由于硼難于離子化并且通常的樹(shù)脂對(duì)硼的選擇性也較差，導(dǎo)致在離子交換的過(guò)程中，硼的穿透速度比硅更快，因此傳統(tǒng)的混床對(duì)硼的去除效果也不好。為了控制超純水中硼的含量，如果以硼的穿透來(lái)控制混床的再生，其再生頻率將比以硅的穿透來(lái)控制混床的再生要頻繁的多，導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用增加，而且樹(shù)脂也難以承受這樣的再生頻度。在目前的超純水

18、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，對(duì)硼的控制主要是在初級(jí)純水工藝的選擇上：a. 提高ro進(jìn)水的ph值。如前所述，運(yùn)行在ph中性條件下的ro對(duì)硼的去除率僅3550%，為了有效的去除硼，可將ro的進(jìn)水ph值調(diào)高，使得硼在高ph條件下盡可能離子化，然后通過(guò)ro單元將硼酸鹽去除。該方法在傳統(tǒng)的二級(jí)反滲透和ix+ro工藝中都可以實(shí)現(xiàn)。b. 增設(shè)陰離子交換床以提高硼的去除率?？紤]到陰離子交換樹(shù)脂對(duì)硼酸鹽的選擇性比其它離子小，因此也可以考慮在復(fù)床或其它處理工序后增設(shè)陰離子交換床以提高對(duì)棚的去除效率。c. 采用edi技術(shù)。電去離子技術(shù)（edi）是二十世紀(jì)八十年代興起的水質(zhì)凈化技術(shù)，它是將離子交換樹(shù)脂填充在陰/陽(yáng)離子交換膜之間形成

19、edi單元，利用陰離子交換膜只允許陰離子透過(guò)，而陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子透過(guò)的特性，在直流電的推動(dòng)下，使淡水室水流中的陰陽(yáng)離子分別穿過(guò)陰陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入到濃水室而從淡水中去除，從而得到超純水。在較高的電壓梯度作用下，淡水室內(nèi)的水分解為h+和oh-，并在電場(chǎng)作用下分別向陰極和陽(yáng)極遷移，造成在淡水側(cè)的陽(yáng)離子交換膜的ph值很高，而淡水側(cè)的陰離子交換膜的ph值很低，使得硼酸鹽在高ph條件下充分離解為b（oh4）-而被去除。據(jù)報(bào)道，edi對(duì)進(jìn)水中硼的去除率達(dá)96%以上。d. 使用對(duì)硼有較高選擇性的離子交換樹(shù)脂。選擇性螯合樹(shù)脂是一種苯乙烯和二乙烯苯交聯(lián)的，具有n-甲基葡萄糖胺基的大孔結(jié)構(gòu)螯合樹(shù)脂。這種化學(xué)

20、結(jié)構(gòu)在官能團(tuán)中具有多價(jià)醇基部分與硼之間生成絡(luò)合陰離子，其胺基部分作為陰離子交換基捕捉生成的絡(luò)合陰離子，從而選擇吸附硼離子。這種樹(shù)脂不受大量共存鹽類(lèi)的影響。同時(shí)反應(yīng)對(duì)ph值很敏感，絡(luò)合離子只有在中性或堿性溶液里才能生成，在酸性溶液里絡(luò)合離子分解，該類(lèi)樹(shù)脂可以用硫酸溶液很容易進(jìn)行再生。3） particle的控制超純水中的顆?？刂迫耘f是半導(dǎo)體制造中的一個(gè)主要門(mén)檻。隨著制造技術(shù)的提高，需要控制的不僅是微小顆粒的尺寸，還有極低濃度下的微小顆粒。顆粒對(duì)芯片生產(chǎn)的影響主要表現(xiàn)在芯片生產(chǎn)過(guò)程中的圖案制作和刻蝕清洗。在圖案制作過(guò)程中，集成電路的良率（y）與關(guān)鍵圖案制作步驟（n）以及圖案的缺陷密度（d）的關(guān)系可

21、以用泊松方程表示：ye（-nd）.該式表明：隨著吸附的顆粒數(shù)與工藝生產(chǎn)步驟數(shù)目的增加，產(chǎn)品的良率將以指數(shù)方式降低。在刻蝕清洗過(guò)程中，超純水中可接受的顆粒數(shù)目取決于芯片表面接觸的純水量以及顆粒吸附在芯片表面的幾率。因此隨著集成度的提高，工藝步驟數(shù)目的增加，顆粒物的控制將更加嚴(yán)格。超濾單元作為超純水系統(tǒng)處理的最后一個(gè)步驟對(duì)系統(tǒng)顆粒水平的控制起著決定性作用。一方面，初級(jí)純水處理系統(tǒng)中未能去除的顆粒和在拋光精制系統(tǒng)和輸送管路系統(tǒng)產(chǎn)生的微粒被去除，另一方面，在處理系統(tǒng)中產(chǎn)生的細(xì)菌被完全去除，以免管路系統(tǒng)被細(xì)菌污染，目前中空纖維型的超濾系統(tǒng)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠完全去除顆粒物而成為拋光精制系統(tǒng)的首選。在超純水

22、系統(tǒng)顆粒的控制過(guò)程中，檢測(cè)方法的提高也是十分重要的。目前常見(jiàn)的檢測(cè)方法有二種，一種是利用電子顯微鏡離線采樣、過(guò)濾后直接計(jì)數(shù)的電鏡法，另一種是運(yùn)用激光散射法的在線檢測(cè)，前者雖然精確但是耗時(shí)，后者則簡(jiǎn)單快速，但精度略差，但是在線檢測(cè)仍將是將來(lái)發(fā)展的主流。但是當(dāng)顆粒尺寸小至0.05m后，如何降低在線檢測(cè)儀表的背景噪聲，提高測(cè)量精度就變得非常重要。2. 超純水系統(tǒng)更加注意水資源的有效利用，節(jié)水技術(shù)不斷發(fā)展和深入。半導(dǎo)體工業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中需要耗費(fèi)大量的水資源。從對(duì)全廠的水量平衡分析來(lái)看，超純水制備和使用在全廠的耗水量所占比例最大，其耗水率通常占到全廠用水量的5060%，因此一套流程合理，節(jié)水措施完善的超純

23、水系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)全廠節(jié)水降耗具有重要意義。在未來(lái)的超純水系統(tǒng)的節(jié)水設(shè)計(jì)中，節(jié)水策略主要有：1） 應(yīng)對(duì)整個(gè)工程項(xiàng)目的用水特點(diǎn)進(jìn)行深入分析，對(duì)全廠的用水進(jìn)行詳細(xì)的水量平衡，通盤(pán)考慮，綜合比較，按照分質(zhì)用水的要求，盡量使各工序的排水能有效利用到對(duì)水質(zhì)要求相對(duì)較低的其它工序或系統(tǒng)，從而達(dá)到全廠的高用水回收率。2） 針對(duì)原水水質(zhì)，選擇合理的超純水制水流程a. 預(yù)處理工藝的選擇預(yù)處理系統(tǒng)主要是去除原水中的懸浮物、大顆粒和膠體物質(zhì)，為后續(xù)的初級(jí)純水系統(tǒng)服務(wù)。預(yù)處理工藝的選擇主要是根據(jù)原水中的fi值和濁度和后續(xù)處理設(shè)備的進(jìn)水要求。常見(jiàn)的預(yù)處理工藝主要有絮凝沉淀過(guò)濾法、氣浮分離過(guò)濾法、微絮凝加壓過(guò)濾法以及超濾等。各

24、預(yù)處理系統(tǒng)比較見(jiàn)表2。表2 預(yù)處理系統(tǒng)比較表系統(tǒng)適用水質(zhì)處理效果（fi）產(chǎn)水率（%）占地面積投資及運(yùn)轉(zhuǎn)成本fi濁度絮凝沉淀過(guò)濾法高高1.52.59597大中氣浮分離過(guò)濾法高中1.52.59597大中微絮凝加壓過(guò)濾法中低2.04.09698中較低超濾低低1.59095小高b. 初級(jí)純水工藝的選擇初級(jí)純水系統(tǒng)主要是去除水中的電解質(zhì)、可溶有機(jī)物、溶解氣體、微生物和微小顆粒。常規(guī)的去離子工藝主要有離子交換和反滲透，由于反滲透不僅能去除離子化的物質(zhì)，還能有效去除非離子化物質(zhì)，因而在超純水處理系統(tǒng)中具有不可替代的作用，因此初級(jí)純水系統(tǒng)的差異很大程度在于對(duì)反滲透的使用。初級(jí)純水制備部分的工藝目前分為兩大類(lèi)：

25、1）離子交換+單級(jí)ro+mb；2）兩級(jí)ro+mb，其流程示意圖見(jiàn)圖1，適用條件和處理效果見(jiàn)表3。圖1 初級(jí)純水系統(tǒng)流程示意圖表3 初級(jí)純水系統(tǒng)比較表初級(jí)純水系統(tǒng)適用條件產(chǎn)水率處理效果占地面積離子交換樹(shù)脂+單級(jí)ro溶解sio2高含鹽量低toc（總有機(jī)碳）低85.5%溶解sio2：2ppb比電阻：2m.cmtoc:2ppb大兩級(jí)ro溶解sio2低含鹽量高toc（總有機(jī)碳）高65.5%溶解sio2：2ppb比電阻：0.5m.cmtoc:2ppb中從表3可以看出，采用離子交換+單級(jí)ro的處理工藝，初級(jí)純水的回收率可以達(dá)到85.5%，而兩級(jí)ro的處理工藝的初級(jí)純水回收率只達(dá)到65.5%，因此在條件具備的

26、情況下應(yīng)鼓勵(lì)采用節(jié)水的初級(jí)純水處理工藝。c. 回收水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在半導(dǎo)體生產(chǎn)過(guò)程中，因?yàn)榍逑吹木纫蟾?，有相?dāng)部分的超純水使用后僅受到輕微污染而具有較好的水質(zhì)，可以回收到超純水處理系統(tǒng)作為原水繼續(xù)制備純水，這部分水的回收利用關(guān)系到整個(gè)超純水系統(tǒng)回收利用率的高低，也決定了整個(gè)工廠的水系統(tǒng)回收率和原水用量。集成電路的工藝清洗廢水通常在設(shè)備機(jī)臺(tái)處有選擇地進(jìn)行分流，高濃度的廢水排至廢水處理系統(tǒng)，其它較為清潔的廢水收集到檢測(cè)槽，通過(guò)對(duì)回收的廢水連續(xù)檢測(cè)其電導(dǎo)率、ph值和總有機(jī)碳（toc），將合格的廢水送回超純水制備系統(tǒng)，超標(biāo)的廢水則排入廢水處理系統(tǒng)。目前回收水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為二類(lèi)，一類(lèi)是將回收水系統(tǒng)與超純

27、水系統(tǒng)主流程合并設(shè)置，另一類(lèi)是將回收水系統(tǒng)與超純水系統(tǒng)主流程分別設(shè)置。合并設(shè)置回收水系統(tǒng)具有投資省，占地面積小的特點(diǎn)，但是由于回收水直接回到主系統(tǒng)，污染物的帶入增加了超純水系統(tǒng)的處理風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，由于在建廠之初對(duì)回收水質(zhì)的了解不夠全面，也帶來(lái)設(shè)計(jì)上的風(fēng)險(xiǎn)。獨(dú)立設(shè)置的回收水系統(tǒng)由于先將回收廢水處理到一定要求后才返回主系統(tǒng)，因此避免了污染物帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。另外由于回收水系統(tǒng)可以和主系統(tǒng)分期建設(shè)，因此可以在生產(chǎn)運(yùn)行開(kāi)始并獲得足夠準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料后才開(kāi)始設(shè)計(jì)建造，設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)小，同時(shí)也便于回收水系統(tǒng)的改造。與合并設(shè)置回收水系統(tǒng)相比，獨(dú)立設(shè)置回收水系統(tǒng)投資和占地面積均較大。目前較常見(jiàn)的廢水回收系統(tǒng)回收率分為如下

28、幾檔：2040%回收率：回收水質(zhì)限制在電導(dǎo)率500s/cm, toc0.5ppm.該回收水含鹽量較低，可直接利用ro裝置去除toc和其它雜質(zhì)后回到制水主流程。4075%回收率：回收水質(zhì)限制在電導(dǎo)率1200s/cm, toc1.5ppm.該回收水含鹽量較高，直接利用ro裝置處理因?yàn)閞o膜組有結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)。通常需要配合離子交換進(jìn)行處理。75%以上回收率：回收水中含有高濃度的氟化物及有機(jī)污染物，如果需要回收，必須針對(duì)高濃度的氟化物和toc采取特殊的處理，如離子交換+uv+o3+h2o2工藝，或者離子交換/生物濾床/超濾（uf），水處理成本很高（尤其是與國(guó)內(nèi)目前水價(jià)相比較），因此目前尚不具備回收的條件。

29、3） 設(shè)備的節(jié)水必須得到充分重視在純水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)基于節(jié)水的目的將可回用的部分工序排水予以回收，以提高整個(gè)系統(tǒng)的回收率，常見(jiàn)的回收措施有：多介質(zhì)過(guò)濾器：在多介質(zhì)過(guò)濾器反洗后的預(yù)過(guò)濾階段的出水回流至原水槽。反洗廢水可通過(guò)過(guò)濾器過(guò)濾或斜板沉淀槽沉淀后回用。陽(yáng)離子交換器/陰離子交換器：再生后段的清洗水回流至原水槽。超濾器：末端超濾濃水僅含少量顆粒物，可以直接回到預(yù)處理水槽，也可通過(guò)超濾再處理一次，處理出水回到超純水槽，而濃水可回流至回收水槽。在線分析儀器：溶解氧分析儀、顆粒計(jì)數(shù)儀和總有機(jī)碳分析儀等在線檢測(cè)儀表的排水因未添加化學(xué)藥劑，回流至預(yù)處理水槽。以上設(shè)備的改進(jìn)大多只需要增設(shè)部分閥門(mén)和管道，個(gè)別會(huì)

30、增加收集桶槽和提升泵，投資都不大，投資回收期通常都不超過(guò)半年。3. 處理設(shè)備的模塊化設(shè)計(jì)。如前所述，目前超純水站的建設(shè)周期越來(lái)越短，同時(shí)為減少初期投資，超純水系統(tǒng)在滿足生產(chǎn)需求的前提下，往往是統(tǒng)一規(guī)劃，分步實(shí)施，這些都對(duì)超純水系統(tǒng)設(shè)計(jì)和施工安裝的靈活性提出更高的要求，為適應(yīng)這樣的要求，處理設(shè)備的模塊化設(shè)計(jì)和工廠預(yù)制的撬裝設(shè)備的大量使用成為超純水系統(tǒng)發(fā)展的一大趨勢(shì)。從目前的水處理設(shè)備看，ro、uv、toc uv等設(shè)備均滿足系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)的要求，而膜脫氣單元、edi和預(yù)處理用uf等設(shè)備正以良好的處理效果，模塊化設(shè)計(jì)和安裝簡(jiǎn)便的特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的真空脫氣塔外形高大、對(duì)運(yùn)行條件要求苛刻而逐漸被膜

31、脫氣單元所取代。真空脫氣塔通常能將水中的溶解氧降到5ppb，在某些條件下甚至可以達(dá)到2ppb。但是一旦運(yùn)行條件發(fā)生改變，則出水水質(zhì)明顯下降，同時(shí)由于真空脫氣塔備用困難，也給超純水處理帶來(lái)較大的風(fēng)險(xiǎn)。而膜脫氣設(shè)備不僅處理出水可達(dá)到1ppb以下，還因?yàn)槠淠K化的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，備用方便且便于擴(kuò)展，同時(shí)還能穩(wěn)定地運(yùn)行在較大的流量變化范圍內(nèi)。作為預(yù)處理用的uf的應(yīng)用，減少了占地面積，大大提高了預(yù)處理的效果，減少了ro系統(tǒng)的清洗次數(shù)，延長(zhǎng)了ro的使用壽命，同時(shí)由于模塊化的設(shè)計(jì)，預(yù)處理系統(tǒng)可以根據(jù)系統(tǒng)的要求和現(xiàn)場(chǎng)的特點(diǎn)增加和減少單元處理設(shè)備而不需要停止系統(tǒng)的運(yùn)行，可以預(yù)見(jiàn)在今后的預(yù)處理系統(tǒng)中超濾的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。edi在模塊化設(shè)計(jì)中具有傳統(tǒng)混床無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)一個(gè)項(xiàng)目